JP2018510514A - 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、窒化物系半導体発光素子の静電気放電（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：ＥＳＤ）耐圧特性を改善することができる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。本発明の発光素子は、上部面にＶピット構造を有する第１導電性半導体層に伝導性の低い物質を用いて平坦に形成される活性層と第２導電性半導体層を含むか、或いは、上部面にＶピット構造を有する第１導電性半導体層に伝導性の低い物質を用いて平坦化し、活性層と第２導電性半導体層との隣接面にＶピット構造を持つことにより、Ｖピット領域は臨界厚さ以上を有するため伝導性が非常に低くて電流の移動が遮断される一方で、その他の領域は臨界厚さ以下を有するため上部への電流の移動が可能であって、漏れ電流及びその他の素子の耐久性を強化させながらも、貫通転位により発生する非発光再結合を減らして光度の低下を最小限に抑えることができるという効果がある。【選択図】図１
Description
本発明は、窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に係り、特に、窒化物系半導体発光素子の静電気放電（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：ＥＳＤ）耐圧特性を改善することができる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
III族窒化物ベースの発光ダイオードにおいて、漏れ電流は、素子の信頼性、寿命、高出力作動での特性低下に関連があり、信頼性が要求される素子を製作する上で非常に重要である。
III族窒化物系発光素子は、一般に、他の化合物の発光素子に比べて静電気特性が悪いことが知られている。これは、基板とIII族窒化物半導体層との格子不整合により、基板上に成長するIII族窒化物半導体層に発生する結晶欠陥が、III族窒化物半導体層の成長方向に伝播して貫通転位を形成する。
このような結晶欠陥は素子の漏れ電流を増加させる。外部の静電気が入ってきた場合、多くの結晶欠陥を持っている発光素子の活性層が強いフィールドによって破壊される。一般に、ＧａＮ薄膜には、１０９〜１０１１／ｃｍ２程度の結晶欠陥（貫通転位）が存在することが知られている。
発光素子の静電気破壊特性は、ＧａＮ系発光素子の応用範囲に関連して非常に重要な事案である。特に、発光素子のパッケージ装備及び作業者から発生する静電気に耐えるように素子を設計することは、最終的な素子の歩留まりを改善するために非常に重要な変数である。
特に、最近、ＧａＮ系発光素子が環境の劣悪な条件、例えば屋外看板及び自動車照明などに応用されて使用されている傾向であるため、静電気特性がさらに重要に思われている。
一般に、従来のＧａＮ発光素子のＥＳＤは、ＨＢＭ（Ｈｕｍａｎ Ｂｏｄｙ Ｍｏｄｅ）の条件で順方向には数千ボルトまで耐えるが、逆方向には数百ボルトに耐えるのが難しい。その理由は、前述したように、素子の結晶欠陥が主な理由であり、また、素子の電極設計も非常に重要である。特に、ＧａＮ発光素子は、不導体であるサファイア基板を普遍的に採用しているので、素子の構造上、ｎ−電極とｐ−電極が同一面に形成され、実際の素子動作の際にｎ−電極の周辺に電流の集まり現象が激しくなってＥＳＤ特性をさらに悪くする。
このように貫通転位の欠陥密度を様々な方法を導入して減らすことにより、発光素子及びその他の電子素子の特性を向上させるための研究が盛んに行われている。
例えば、韓国登録特許公報第１０−１１６４０２６号（公告日：２０１２年７月１８日）、韓国公開特許公報第１０−２０１３−００６１９８１号（公開日：２０１３年６月１２日）、及び韓国公開特許公報第１０−２０１４−０１４５３６８号（公開日：２０１４年１２月２３日）では、成長技法を導入して貫通転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）ごとに六角形（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ）のＶピット（Ｖ−ｓｈａｐｅｄ ｐｉｔ）を形成し、活性層においてもＶピットを形成すると、側壁（ｓｉｄｅｗａｌｌ）に形成される活性層は薄い厚さを有し、高いバンドギャップを持つので、障壁の高さ（ｂａｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇｈｔ）を増加させて非発光再結合（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を最小限に抑えて内部量子効率を増加させる。しかし、このような構造では、活性層におけるＶピット領域が発光領域から除外されるので、全体的な発光面積が減少して光出力の減少をもたらすという問題点がある。
"Suppression of Nonradiative Recombination by V-Shaped Pits in GaInN/GaN Quantum Wells Produces a Large Increase in the Light Emission Efficiency"; A. Hangleiter, F. Hitzel, C. Netzel, D. Fuhrmann, U. Rossow, G. Ade, and P. Hinze; PRL 95, 127402 (2005).
"Origin of forward leakage current in GaN-based light-emitting devices"; S. W. Lee, D. C. Oh, H. Goto, H. J. Lee, T. Hanada, M. W. Cho, and T. Yao; APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 132117 (2006).
"Improvement of Light Extraction Efficiency and Reduction of Leakage Current in GaN-Based LED via V-Pit Formation"; Kayo Koike, Seogwoo Lee, Sung Ryong Cho, Jinsub Park, Hyojong Lee, Jun-Seok Ha, Soon-Ku Hong, Hyun-Yong Lee, Meoung-Whan Cho, and Takafumi Yao; IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 24, NO. 6, MARCH 15, (2012).
本発明は、このような従来技術の問題点を改善して逆電圧特性を改善するために、Ｖピット構造を適用するにあたり、全体的に均一な発光特性の低下を最小限に抑えることができる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供しようとする。
上記の目的を達成するための本発明の発光素子は、基板と、前記基板の上部に形成される第１導電性半導体層と、前記第１導電性半導体層の上部に形成される高抵抗半導体層と、前記高抵抗半導体層の上部に形成される活性層と、前記活性層の上部に形成される第２導電性半導体層とを含んでなり、前記高抵抗半導体層と前記第１導電性半導体層との隣接面にはＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造を有し、前記高抵抗半導体層と前記活性層との隣接面は平面または緩やかな曲面構造であることを特徴とする。
好ましくは、前記高抵抗体半導体層と前記活性層との隣接面は、Ｖピット構造を含まずに平坦であることを特徴とする。
好ましくは、前記活性層は、前記第２導電性半導体層との隣接面が平面構造であることを特徴とする。
次に、本発明の他の実施例に係る発光素子は、基板と、前記基板の上部に形成される第１導電性半導体層と、前記第１導電性半導体層の上部に形成される高抵抗半導体層と、前記高抵抗半導体層の上部に形成される活性層と、前記活性層の上部に形成される第２導電性半導体層とを含んでなり、前記高抵抗半導体層と前記第１導電性半導体層との隣接面、及び前記活性層と前記第２導電性半導体層との隣接面にはそれぞれＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造を有し、前記高抵抗半導体層と前記活性層との隣接面はＶピット構造を含まずに平坦であることを特徴とし、好ましくは、前記高抵抗半導体層と前記活性層との隣接面は平面または緩やかな曲面構造であることを特徴とし、または、前記第２導電性半導体層はＶピット構造を有することを特徴とする。
好ましくは、前記高抵抗半導体層のシリコン不純物濃度は１０１８／ｃｍ３以下であることを特徴とし、前記高抵抗半導体層のマグネシウム不純物濃度は１０１６／ｃｍ３以上であることを特徴とし、前記高抵抗半導体層の厚さは１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする。
次に、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、基板の上部に第１導電性半導体層を成長させ、上部の表面にＶピット構造を形成する第１段階と、前記第１導電性半導体層の上部に伝導性の低い物質でＶピット構造を平坦化して高抵抗半導体層を形成する第２段階と、平坦化された高抵抗半導体層の上部に活性層及び第２導電性半導体層を順次形成する第３段階とを含んでなる。
また、本発明の他の実施例に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法は、基板の上部に第１導電性半導体層を成長させ、上部の表面にＶピット構造を形成する第１段階と、前記第１導電性半導体層の上部に伝導性の低い物質でＶピット構造が平坦化されるように高抵抗半導体層を形成する第２段階と、平坦化された高抵抗半導体層の上部に活性層を形成し、上部の表面にＶピット構造を形成する第３段階と、前記活性層の上部のＶピット構造が平坦化されるように第２導電性半導体層を形成する第４段階とを含んでなる。
好ましくは、第３段階で平坦化された高抵抗半導体層の上部に第１導電性半導体層を形成した後、前記活性層と前記第２導電性半導体層を形成することを特徴とする。
本発明に係る半導体発光素子は、上部面にＶピット構造を有する第１導電性半導体層に伝導性の低い物質を用いて平坦化し、活性層と第２導電性半導体層を形成して発光素子を製作し、或いは、上部面にＶピット構造を有する第１導電性半導体層に伝導性の低い物質を用いて平坦化し、活性層と第２導電性半導体層との隣接面にＶピット構造を持つことにより、Ｖピット領域は、臨界厚さ以上を有するため伝導性が非常に低くて電流の移動が遮断される一方で、それ以外の領域は臨界厚さ以下を有するため上部への電流の移動が可能であって、漏れ電流及びその他の素子の耐久性を強化させながらも、貫通転位により発生する非発光再結合を減らして光度の低下を最小限に抑えることができるという効果がある。
本発明の実施例で提示される特定の構造ないし機能的説明は、単に本発明の概念による実施例を説明するための目的で例示されたものであり、本発明の概念による実施例は、様々な形態で実施できる。また、本明細書に説明された実施例に限定されるものと解釈されてはならず、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更物、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。
また、本発明に係る実施例の説明において、各構成要素の「上または下」に形成されることが記載されている場合、上または下は、二つの構成要素が互いに直接接触したり、一つ以上の他の構成要素が前記二つの構成要素の間に配置されて形成されたりすることをすべて含む。
また、「上または下」と表現される場合、１つの構成要素を基準に上方向だけでなく、下方向の意味も含むことができる。
図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されるか、省略されるか、或いは概略的に図示された。また、各構成要素の大きさは、実際のサイズを全的に反映するものではない。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
第１実施例
図１は本発明の発光素子の断面構成を示す図であって、基板１１０；基板１１０の上部に形成される第１導電性半導体層１２０、１４０；第１導電性半導体層１２０、１４０の上部に形成される高抵抗半導体層１３０；高抵抗半導体層１３０の上部に形成される活性層１５０；及び活性層１５０の上部に形成される第２導電性半導体層１６０；を含んでなり、高抵抗半導体層１３０と第１導電性半導体層１２０との隣接面にはＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造ｖを有し、高抵抗半導体層１３０と活性層１５０との隣接面は平面構造または緩やかな曲面であることを特徴とする。
第１実施例
図１は本発明の発光素子の断面構成を示す図であって、基板１１０；基板１１０の上部に形成される第１導電性半導体層１２０、１４０；第１導電性半導体層１２０、１４０の上部に形成される高抵抗半導体層１３０；高抵抗半導体層１３０の上部に形成される活性層１５０；及び活性層１５０の上部に形成される第２導電性半導体層１６０；を含んでなり、高抵抗半導体層１３０と第１導電性半導体層１２０との隣接面にはＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造ｖを有し、高抵抗半導体層１３０と活性層１５０との隣接面は平面構造または緩やかな曲面であることを特徴とする。
基板１１０は、発光素子が設けられる基底層として提供され、サファイア基板を含む透明な材料が使用でき、サファイア以外にＧａＮ系基板、ＳｉＣまたはＳｉ、ＺｎＯなどが使用できる。
第１導電性半導体層１２０は、基板１１０の上部に形成され、活性層１５０に電子を提供するｎ型半導体層で実現でき、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎなどのｎ型不純物がドープされたｎ型半導体層を含むことができ、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどが使用できる。
基板１１０と第１導電性半導体層１２０との間には、基板の種類及び成長工程によって格子整合を向上させるためのバッファ層（図示せず）などが追加できる。
第１導電性半導体層１２０の一部の上面が露出し、その上面には電極１２１が形成される。
一方、第２導電性半導体層１６０の上部にはＩＴＯなどからなる透明電極１７０が形成され、透明電極１７０の上部にはボンディング電極１７１が形成される。
第２導電性半導体層１６０は、活性層１５０の上部に形成され、活性層１５０に正孔を注入するｐ型半導体層で実現でき、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのｐ型不純物がドープされたｐ型半導体層を含むことができ、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどが使用できる。
活性層１５０は、第１導電性半導体層１２０と第２導電性半導体層１６０との間に積層され、電子と正孔との再結合がなされて低エネルギー準位に遷移し、それに相応する波長を有する光を生成する。
活性層１５０は、例えば、インジウム及びガリウムを含有する窒化物半導体で形成された単層または多層の量子井戸構造（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）によって提供できる。
本実施例において、第１導電性半導体層１２０、１４０は、多層構造で形成され、下部の第１導電性半導体層１２０と上部の第１導電性半導体層１４０との間に高抵抗半導体層１３０が設けられる。特に、下部の第１導電性半導体層１２０と高抵抗半導体層１３０との隣接面にはＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造ｖを有し、高抵抗半導体層１３０と上部の第１導電性半導体層１４０との隣接面は平面または緩やかな曲面構造であることを特徴とする。
具体的に、Ｖピット構造ｖは、発光素子を貫通する貫通転位１０１の周囲に形成され、貫通転位１０１への電流集中を防止する。
このようなＶピット構造ｖは、下部の第１導電性半導体層１２０の成長温度、成長速度及び雰囲気ガスなどの成長条件を調節して形成でき、下部の第１導電性半導体層１２０の上部にＶピットの構造ｖが形成された後には、比較的伝導性の低い物質でＶピット構造ｖを平坦化して高抵抗半導体層１３０を形成する。
一方、本発明において、高抵抗半導体層１３０と上部の第１導電性半導体層１４０との隣接面は平面構造である。この際、本発明で使用される「平面」構造は、厳密に数学的に認知される平面（ｐｌａｎｅ）を限定するものではなく、Ｖピット（ｖ−ｐｉｔ）構造を有しない範囲内で緩やかな曲面構造を含むものと理解すべきである。
高抵抗半導体層１３０は、ｎ型化合物半導体層または任意のドーピングを施していないＵＩＤ（ｕｎｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌｌｙ ｄｏｐｅｄ）半導体層によって提供でき、好ましくは、高抵抗半導体層１３０の厚さは１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする。
一方、本実施例において、高抵抗半導体層１３０上には、上部の第１導電性半導体層１４０が薄く形成された後、活性層１５０と第２導電性半導体層１６０とが形成される。
このようにＶピット構造ｖが形成された領域を除いた残りの領域は、臨界厚さ以下を有するため、第２導電性半導体層１６０への電流の移動が可能となり、Ｖピット構造ｖが形成された領域は、臨界厚さ以上を有するため、伝導性が非常に低くて電流の移動が遮断される。すなわち、一般に貫通転位を介して集中する電流を伝導度の低い物質で包み込んで遮断させることにより、漏れ電流及びその他の素子の耐久性を強化させ、貫通転位により発生する非発光再結合（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を減らして光度の低下を最小限に抑えることができる。
一方、高抵抗半導体層１３０は、電気伝導度が低いため、横方向の電流拡散を向上させて発光面積全体にわたって均一な発光特性及び逆電圧特性の改善効果を得ることができる。
一方、本実施例において、第１導電性半導体層１２０、１４０は、多層構造を有するものと例示しているが、単層構造であってもよい。このとき、高抵抗半導体層１３０の上部に直接活性層１５０が形成され、高抵抗半導体層１３０と活性層１５０との隣接面は平面構造となる。
図４の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係る発光素子（赤線）と従来技術（黒い線）の波長別発光特性を比較して示すグラフであって、（ａ）はＰＬスペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は素子のＥＬスペクトルを示すグラフである。
図４から確認できるように、本発明の発光素子は、ＰＬスペクトルとＥＬスペクトルにおいて従来技術に比べて改善されることが分かる。
第２実施例
図５は本発明の発光素子の断面構成を示す図であって、基板２１０；基板２１０の上部に形成される第１導電性半導体層２２０、２４０；第１導電性半導体層２２０、２４０の上部に形成される高抵抗半導体層２３０；前記高抵抗半導体層２３０の上部に形成される活性層２５０；及び前記活性層２５０の上部に形成される第２導電性半導体層２６０；を含んでなり、特に、高抵抗半導体層２３０と第１導電性半導体層２２０との隣接面、及び活性層２５０と第２導電性半導体層２６０との隣接面にはそれぞれＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造ｖ１、ｖ２を有し、高抵抗半導体層２３０と活性層２５０との隣接面はＶピット構造を含まずに平坦であることを特徴とする。
図５は本発明の発光素子の断面構成を示す図であって、基板２１０；基板２１０の上部に形成される第１導電性半導体層２２０、２４０；第１導電性半導体層２２０、２４０の上部に形成される高抵抗半導体層２３０；前記高抵抗半導体層２３０の上部に形成される活性層２５０；及び前記活性層２５０の上部に形成される第２導電性半導体層２６０；を含んでなり、特に、高抵抗半導体層２３０と第１導電性半導体層２２０との隣接面、及び活性層２５０と第２導電性半導体層２６０との隣接面にはそれぞれＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造ｖ１、ｖ２を有し、高抵抗半導体層２３０と活性層２５０との隣接面はＶピット構造を含まずに平坦であることを特徴とする。
基板２１０は、発光素子が設けられる基底層として提供され、サファイア基板を含む透明な材料が使用でき、サファイア以外にＧａＮ系基板、ＳｉＣまたはＳｉ、ＺｎＯなどが使用できる。
第１導電性半導体層２２０は、基板２１０の上部に形成され、活性層２５０に電子を提供するｎ型半導体層で実現でき、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎなどのｎ型不純物がドープされたｎ型半導体層を含むことができ、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどが使用できる。
基板２１０と、第１導電性半導体層２２０との間には、基板の種類及び成長工程に応じて格子整合を向上させるためのバッファ層（図示せず）などが追加できる。
第１導電性半導体層２２０の一部の上面が露出し、その上面には電極２２１が形成される。
一方、第２導電性半導体層２６０の上部にはＩＴＯなどからなる透明電極２７０が形成され、透明電極２７０の上部にはボンディング電極２７１が形成される。
第２導電性半導体層２６０は、活性層２５０の上部に形成され、活性層２５０に正孔を注入するｐ型半導体層で実現でき、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのｐ型不純物がドープされたｐ型半導体層を含むことができ、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどが使用できる。
活性層２５０は、第１導電性半導体層２２０と第２導電性半導体層２６０との間に積層され、電子と正孔との再結合がなされて低いエネルギー準位に遷移し、それに相応する波長を有する光を生成する。
活性層２５０は、例えば、インジウム及びガリウムを含有する窒化物半導体で形成された単層または多層の量子井戸構造（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）によって提供できる。
本実施例において、第１導電性半導体層２２０、２４０は、多層構造で形成され、下部の第１導電性半導体層２２０と上部の第１導電性半導体層２４０との間に高抵抗半導体層２３０が設けられる。
特に、本実施例において、下部の第１導電性半導体層２２０と高抵抗半導体層２３０との隣接面、及び活性層２５０と第２導電性半導体層２６０との隣接面にはＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造ｖ１、ｖ２を有する。
好ましくは、高抵抗半導体層２３０と上部の第１導電性半導体層２４０との隣接面は、平面または緩やかな曲面構造であることを特徴とする。
具体的に、Ｖピット構造ｖ１、ｖ２は、発光素子を貫通する貫通転位２０１の周囲に形成され、貫通転位２０１への電流集中を防止する。
本実施例において、第１Ｖピット構造ｖ１は、下部の第１導電性半導体層２２０の成長温度、成長速度及び雰囲気ガスなどの成長条件を調節して形成でき、下部の第１導電性半導体層２２０の上部にＶピット構造ｖ１が形成された後には、比較的伝導性の低い物質でＶピット構造ｖ１を平坦化して高抵抗半導体層２３０を形成する。同じ工程により、活性層２５０にも第２Ｖピット構造ｖ２が形成できる。
好ましくは、第２Ｖピット構造ｖ２の深さは１００Å〜１μｍの範囲内で決定できる。
一方、本発明において、高抵抗半導体層２３０と上部の第１導電性半導体層２４０との隣接面は平面構造である。この際、本発明で使用される「平面」構造は、厳密に数学的に認知される平面（ｐｌａｎｅ）を限定するものではなく、Ｖピット（ｖ−ｐｉｔ）構造を有しない範囲内で緩やかな曲面構造を含むものと理解すべきである。
高抵抗半導体層２３０は、ｎ型化合物半導体層、または任意ドーピングを施していないＵＩＤ（ｕｎｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌｌｙ ｄｏｐｅｄ）半導体層によって提供でき、好ましくは、高抵抗半導体層２３０の厚さは１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする。
一方、本実施例において、高抵抗半導体層２３０上には、上部の第１導電性半導体層２４０が薄く形成された後、活性層２５０と第２導電性半導体層２６０が形成される。
このようにＶピット構造が形成された領域を除いた残りの領域は、臨界厚さ以下を有するため、第２導電性半導体層２６０への電流の移動が可能となり、Ｖピット構造が形成された領域は、臨界厚さ以上を有するため、伝導性が非常に低くて電流の移動が遮断される。すなわち、一般に貫通転位を介して集中する電流を伝導度の低い物質で包み込んで遮断させることにより、漏れ電流及びその他の素子の耐久性を強化させ、貫通転位により発生する非発光再結合（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を減らして光度の低下を最小限に抑えることができる。
特に、活性層２５０に形成されたＶピットｖ２構造による傾斜面が存在する状態で形成された第２導電性半導体層２６０は、Ｖ形状の歪み構造がある部位に伝導性の低い半不導体特性の薄膜が形成されて電流が遮断される効果を有し、また、活性層２５０の上部の第２導電性半導体層２６０からＶ形状の傾斜面にキャリアが容易に注入されて活性層２５０の下部までキャリアの注入を容易にして有効発光層を増加させ、全体的な素子の効率を増加させることができる。
一方、高抵抗半導体層２３０は、電気伝導度が低いため横方向の電流拡散を向上させて、発光面積全体にわたって均一な発光特性及び逆電圧特性の改善効果を得ることができる。
一方、本実施例において、第１導電性半導体層２２０、２４０は、多層構造を有するものと例示しているが、単層構造であってもよい。このとき、高抵抗半導体層２３０の上部に直接活性層２５０が形成され、高抵抗半導体層２３０と活性層２５０との隣接面は平面構造になる。
他方、図５に例示されているように、第２導電性半導体層２７０は、平坦化された面であってもよいが、上面にＶピット構造を持つことができる。
図９の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係る発光素子（赤線）と従来技術（黒い線）の波長別発光特性を比較して示すグラフであって、（ａ）はＰＬスペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は素子のＥＬスペクトルを示すグラフである。
図９から確認できるように、本発明の発光素子は、ＰＬスペクトルとＥＬスペクトルにおいて従来技術に比べて改善されることが分かる。
以上で説明した本発明は、前述した実施例及び添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な置換、変形及び変更を加え得ることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明らかであろう。
１０１、２０１ 貫通転位
１１０、２１０ 基板
１２０、２２０ 下部の第１導電性半導体層
１２１、２２１ 電極
１３０、２３０ 高抵抗半導体層
１４０、２４０ 上部の第１導電性半導体層
１５０、２５０ 活性層
１６０、２６０ 第２導電性半導体層
１７０、２７０ 透明電極
１７１、２７１ ボンディング電極
ｖ、ｖ１、ｖ２ Ｖピット構造
１１０、２１０ 基板
１２０、２２０ 下部の第１導電性半導体層
１２１、２２１ 電極
１３０、２３０ 高抵抗半導体層
１４０、２４０ 上部の第１導電性半導体層
１５０、２５０ 活性層
１６０、２６０ 第２導電性半導体層
１７０、２７０ 透明電極
１７１、２７１ ボンディング電極
ｖ、ｖ１、ｖ２ Ｖピット構造
Claims (13)
- 基板と、
前記基板の上部に形成される第１導電性半導体層と、
前記第１導電性半導体層の上部に形成される高抵抗半導体層と、
前記高抵抗半導体層の上部に形成される活性層と、
前記活性層の上部に形成される第２導電性半導体層とを含んでなり、
前記高抵抗半導体層と前記第１導電性半導体層との隣接面にはＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造を有し、前記高抵抗半導体層と前記活性層との隣接面は平面または緩やかな曲面構造であることを特徴とする、窒化物系半導体発光素子。 - 前記高抵抗体半導体層と前記活性層との隣接面はＶピット構造を含まずに平坦であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記活性層は、前記第２導電性半導体層との隣接面が平面構造であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 基板と、
前記基板の上部に形成される第１導電性半導体層と、
前記第１導電性半導体層の上部に形成される高抵抗半導体層と、
前記高抵抗半導体層の上部に形成される活性層と、
前記活性層の上部に形成される第２導電性半導体層とを含んでなり、
前記高抵抗半導体層と前記第１導電性半導体層との隣接面、及び前記活性層と前記第２導電性半導体層との隣接面にはそれぞれＶピット（ｖ−ｐｉｔ）構造を有し、前記高抵抗半導体層と前記活性層との隣接面はＶピット構造を含まずに平坦であることを特徴とする、窒化物系半導体発光素子。 - 前記高抵抗半導体層と前記活性層との隣接面は平面または緩やかな曲面構造であることを特徴とする、請求項４に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記第２導電性半導体層はＶピット構造を有することを特徴とする、請求項４に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記高抵抗半導体層のシリコン不純物濃度が１０１８／ｃｍ３以下であることを特徴とする、請求項１または４に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記高抵抗半導体層のマグネシウム不純物濃度が１０１６／ｃｍ３以上であることを特徴とする、請求項１または４に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記高抵抗半導体層の厚さが１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１または４に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、
基板の上部に第１導電性半導体層を成長させ、上部の表面にＶピット構造を形成する第１段階と、
前記第１導電性半導体層の上部に伝導性の低い物質でＶピット構造を平坦化して高抵抗半導体層を形成する第２段階と、
平坦化された高抵抗半導体層の上部に活性層及び第２導電性半導体層を順次形成する第３段階とを含んでなる、窒化物系半導体発光素子の製造方法。 - 窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、
基板の上部に第１導電性半導体層を成長させ、上部の表面にＶピット構造を形成する第１段階と、
前記第１導電性半導体層の上部に伝導性の低い物質でＶピット構造が平坦化されるように高抵抗半導体層を形成する第２段階と、
平坦化された高抵抗半導体層の上部に活性層を形成し、上部の表面にＶピット構造を形成する第３段階と、
前記活性層の上部のＶピット構造が平坦化されるように第２導電性半導体層を形成する第４段階とを含んでなる、窒化物系半導体発光素子の製造方法。 - 第３段階で平坦化された高抵抗半導体層の上部に第１導電性半導体層を形成した後、前記活性層と前記第２導電性半導体層を形成することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記高抵抗半導体層の厚さが１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
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